本发明专利技术公开了一种大尺寸管式固体氧化物燃料电池及其制备方法，其将固体氧化物燃料电池各功能层的粉料分别加入有机溶剂、分散剂、粘结剂、增塑剂，充分研磨，得到均匀的支撑阳极浆料、活性阳极浆料、电解质浆料、活性阴极浆料和收电阴极浆料。抽真空处理后，在模具外表面逐层浸渍支撑阳极，脱模后向支撑阳极管内填充满可燃烧有机物，再浸渍活性阳极和电解质形成支撑阳极／活性阳极／电解质复合膜，经温度分段烧结，即预烧和高温烧结后，再在电解质外侧浸渍活性阴极和收电阴极，烧结后得到大尺寸管式固体氧化物燃料电池。本发明专利技术的优点：工艺过程简单，制作成本低，可制得性能良好的大尺寸管式固体氧化物燃料电池，具有良好的产业化前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于燃料 电池制造
技术介绍
固体氧化物燃料电池(S0FC)是将化学能直接转化为电能的高效全固态电 化学能量转换装置，被认为是继磷酸型燃料电池(PAFC)和熔融碳酸盐燃料电 池(MCFC)之后的第三代发电装置。固体氧化物燃料电池以其全固态结构，无 腐蚀、无泄漏，高效率，可模块化设计，和燃料适用范围广等优点，以及适于 热电联产(效率可达70%-80%)的特点，成为燃料电池技术中的热点和重点。 固体氧化物燃料电池主要有平板式和管式两种结构，与平板式固体氧化物燃料 电池相比，管式固体氧化物燃料电池的优点是密封容易，抗热震能力强，对负 载反应迅速，规模容易放大，是一种可能最早实现商业化的结构形式。管式固体氧化物燃料电池的成型工艺是控制其成本的关键。目前，国际上 管式固体氧化物燃料电池主要以阴极作为支撑体，采用挤出法成型，电解质和 阳极采用EVD或等离子喷涂(plasma Spraying)的方法成型，其使用的设备复杂，工艺要求高，制造成本高。西安交通大学的李长久等人于2003年申请了专利"一种管式高温固体氧化 物燃料电池的制备方法"，公开号CN 1438722A;该项现有技术介绍了一种高温 管式固体氧化物燃料电池的制备方法，金属陶瓷支撑管通过喷涂成型或注浆烧 结并结合后处理的方法制备，金属陶瓷支撑管外通过喷涂的方法制备出燃料电 池的阳极层、电解质层和阴极层。但是该方法制备的电解质层不够致密，需对 喷涂后的电解质层进行致密化处理；因此，该专利技术并没有使管式固体氧化物燃 料电池的制备工艺得到简化，制作成本依然比较高。中国科学院上海硅酸盐研究所王绍荣等人于2005年申请了专利"浸渍成型 管式固体氧化物燃料电池的方法'，公开号为CN 1700494A;该专利技术介绍了利 用单一的浸渍法来成型管式固体氧化物燃料电池的技术；其管式固体氧化物燃料电池以金属陶瓷为支撑体，在其外侧连续浸渍电解质层和阴极层，阳极/电解 质实现了共烧结，简化了成型工艺，降低了成本。但是该专利技术是先预烧阳极再浸渍电解质，然后电解质与阳极共烧结，使得 共烧温度较高，阳极孔隙率较低；该专利技术设计的三层电池结构因为阳极需要同时兼顾机械强度，不能充分突出电化学性能方面的优势，因而限制了电池性能;此外，该专利技术也没有解决大尺寸管式固体氧化物燃料电池在烧结过程中的弯曲变形等问题；因此该专利技术仅适于制备小尺寸的管式固体氧化物燃料电池。目前， 大尺寸管式固体氧化物燃料电池的制备是研究的热点问题。急需解决高性能电 池的低成本制备技术。
技术实现思路
本专利技术针对上述存在的问题，提出一种简单实用而且具有良好电化学性能 的大尺寸管式固体氧化物燃料电池及其制备方法；实现了阳极/电解质的共浸 渍、共烧结，降低了共烧结温度，提高了电池性能；通过向素坯管中填充可燃 烧有机物，解决了大尺寸管式固体氧化物燃料电池在烧结过程中的弯曲变形等 问题。为实现以上目的，本专利技术是通过以下技术方案来实现的 大尺寸管式固体氧化物燃料电池，由3-5层功能层组成，即在传统的由内 到外依次为支撑阳极层，固体电解质层，活性阴极层的基础上，在支撑阳极层 与固体电解质层之间增加活性阳极层和/或在活性阴极层外增加收电阴极层来 提高电池的性能。通过其中，支撑阳极选自NiO-YSZ、 Ni0-SSZ、 NiO-GDC、 NiO-SDC中的一种或者几种，支撑阳极层厚度500-2000j^m，提供足够的强 度和电导率；活性阳极选自NiO-YSZ、 NiO-SSZ、 NiO-GDC、 Ni O-SDC中的一禾中或者 几种，活性阳极层厚度10-3Cmm，活性阴极选自LSM、 LSCF、 BSCF、 LBSM 中的一种或者几种与电解质的混合粉体，活性阴极层厚度10-30Pm，活性阳极 层和活性阴极层通过增加三相界面的长度来改善电化学性能；固体电解质选自 YSZ、 SSZ、 GDC、 SDC中的一种或者几种，电解质层厚度5-3(mm，提供氧 离子导电性并分隔燃料气和氧化气；收电阴极选自LSM、 LSCF、 BSCF、 LBS M 中的一种或者几种，收电阴极层厚度20-80Pm，提供足够的电子电导率；这些 功能层均采用单一的浸渍法来完成；且管式固体氧化物燃料电池长度^100 m m ， 外径》8mm，达到实用化尺寸。 一种大尺寸管式固体氧化物燃料电池单电池的截面示意图如图1所示。本专利技术的一种大尺寸管式固体氧化物燃料电池的制备方法，包括配料、球 磨、抽真空、浸渍、脱模、预烧、烧结、热处理等过程；其具体步骤为第一步，(1)分别称取上述3-5层功能层的粉料，粉料中依次加入溶剂和分 散剂，分别球磨l-3小时混匀制成浆料，其中分散剂加入量为l-7wt%;所述 的阳极粉体选自氧化镍-氧化钇稳定的氧化锆(NiO-YSZ)、氧化镍-氧化钪稳定 的氧化锆(Ni0-SSZ)、氧化镍-氧化钆掺杂的氧化铈(NiO-GDC)、氧化镍-氧 化钐掺杂的氧化铈(NiO-SDC)中的一种或者几种；所述的电解质粉体选自氧 化钇稳定的氧化锆(YSZ)、氧化钪稳定的氧化锆(SSZ)、氧化钆掺杂的氧化铈 (GDC)、氧化钐掺杂的氧化铈(SDC)中的一种或者几种；所述的阴极粉体选 自氧化锶掺杂的锰酸镧(LSM)、氧化锶和氧化铁分别掺杂镧位和钴位的钴酸镧 (LSCF)、氧化钡和氧化铁分别掺杂镧位和钴位的钴酸镧(BSCF)、氧化锶和氧 化铋同时掺杂镧位的锰酸镧(LBSM)中的一种或者几种以及他们与电解质的混 合粉体；(2)将制成的浆料中再加入塑性剂和粘结剂，再次分别球磨l-3小时 制成均匀的支撑阳极浆料、活性阳极浆料、电解质浆料、活性阴极浆料和收电 阴极浆料；其中，加入4-20wt^塑性剂和2-15wt^粘结剂；以上所述的分散 剂、塑性剂和粘结剂的加入量均是以固体混合物为基准的；(3)将上述3-5种 混匀的浆料分别经筛网过筛和抽真空处理，去除浆料里的空气；第二步，将脱模模具浸入支撑阳极浆料然后缓慢提拉上来，干燥后再重复 浸渍数次；干燥定型后脱模，向支撑阳极素坯管中填充可燃烧有机物，可燃烧 有机物可在80(TC以下完全燃料，如聚乙烯醇、草酸铵等；然后再浸渍活性阳 极和电解质形成支撑阳极/活性阳极/电解质复合管素坯；第三步，将支撑阳极/活性阳极/电解质复合管素坯在1000-130(TC下保温 2-6小时进行预烧处理；第四步，将预烧好的支撑阳极/活性阳极/电解质复合管在1300-150(TC下 保温2-6小时高温烧结；第五步，将支撑阳极/活性阳极/电解质复合支撑管浸渍活性阴极和收电阴极 并进行热处理得到大尺寸管式固体氧化物燃料电池；热处理是在1000-130(TC 下保温2-6小时。本专利技术一种大尺寸管式固体氧化物燃料电池的制备方法的积极效果是(1) 工艺简单，浸渍方法操作简单、易行、重复性好，易于掌握；(2) 制造成本低，完全用一种简单的浸渍法来成型完整的管式固体氧化物燃料电池，既不需要庞大的设备，也不需要严格的气氛控制；(3) 通过控制浸渍次数和浆料的浓度，可以大体控制管式SOFC各功能层的 厚度；(4) 本专利技术实现了管式固体氧化物燃料电池支撑阳极/活性阳极/电解质预烧 前的共浸渍，实现了管式固体氧化物燃料电池支撑阳极/活性阳极/电解质的共烧 结，使得支撑阳极，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种大尺寸管式固体氧化物燃料电池，其特征在于，由３－５层功能层组成，即支撑阳极层，活性阳极层，固体电解质层，活性阴极层，收电阴极层中的３－５层。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘仁柱，王绍荣，王振荣，胡强，李军良，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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